基于非同源数据隧道超前地质预报综合探测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了基于非同源数据隧道超前地质预报综合探测方法及系统，采用瞬变电磁仪对隧道目标体进行数据采集获取第一原始数据；采用地质雷达对所述隧道目标体进行数据采集获取第二原始数据；采用三维地震反射仪进行数据采集获取第三原始数据；将拟三维瞬变电磁数据、三维地质雷达成果数据和三维地震反射成果数据输入D

【技术实现步骤摘要】
基于非同源数据隧道超前地质预报综合探测方法及系统


[0001]本专利技术涉及计算机信息技术，具体涉及基于非同源数据隧道超前地质预报综合探测方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来，随着我国国民经济的迅速发展，以及高速铁路、高速公路、城市轨道交通等工程大规模建设，长大隧道数量也越来越多。尤其是近年来西南、西部等交通的发展，隧道复杂程度越来越高。但隧道施工进度经常成为制约整个工程进展的瓶颈，隧道快速掘进的主要难题是如何超前了解掌子面前方的地质情况和岩石力学参数，其中隧道轴线的地质界面可能会在施工掘进中发生严重的问题，如塌方、突泥、突涌等灾害，尤其是当这些灾害交叉发生时，问题会更加严重。隧道超前预报就是解决这个难题行之有效的方法。超前地质预报主要方法有三种，即地震波反射法、地质雷达法、瞬变电磁法。地震波反射法可预报隧道掌子面前方断层破碎带、岩溶等地质情况；瞬变电磁法可预报隧道掌子面前方富水、破碎带等地质情况；地质雷达法可预报隧道掌子面前方断层破碎带、富水、岩溶等地质情况。
[0003]由于隧道内环境较复杂且干扰因素多，单一超前地质预报方法各有优势，对不良地质体的预报准确性不高，往往无法满足施工安全需求。另外传统的地质雷达和瞬变电磁探测结果通常以二维图像的形式反映，无法对不良地质体进行量化分析。本文针对现有超前地质预报技术准确性不高、解释性低、依赖专家经验以及部分方法无法对不良地质体进行量化分析提出一种基于非同源数据隧道超前地质预报综合探测方法。
[0004]公开号CN113050085A，公开日2021年6月29日的中国专利技术专利公开了一种超前地质预报的方法，方法包括：获取管廊围岩变形参数和背景场，所述背景场为工区内岩性的物性反馈背景；根据所述管廊围岩变形参数，确定探测位置；对所述探测位置进行综合探测，所述综合探测包括地质雷达探测和地震波探测；对比探测结果和所述背景场，所述背景场包括地质雷达探测背景场和地震波探测背景场，根据对比结果进行超前地质预报。本专利技术通过地质雷达及地震波超前预报法进行综合超前地质预报，提高了探测准确性及精度，也提高了实施效率，降低勘察风险。
[0005]该专利采用传统的地质雷达和地震波超前预报法进行综合超前地质预报，主要有以下几点技术缺陷：1、虽然对准确性及精度有一定的提高，但针对高风险隧道准确性仍然较低；2、另外地质雷达仍然采用传统的二维地质雷达，无法对不良地质体进行量化分析，且存在准确性低下问题；3、该方法主要采用专家进行解释，对专家经验依赖性较高。
[0006]又如CN114371511A，公开日2022年4月29日的中国专利技术专利公开了一种隧道地质预报方法、装置、电子设备及存储介质，方法包括：根据预设收发点，获取所述隧道的掌子面的前方区域以及所述隧道周边区域的测量数据；其中，所述预设收发点包括：至少一个高频电磁波发射点和多个高频电磁波接收点；所述预设收发点按照预设布局方式设置在所述掌子面上；基于地震波偏移成像算法，根据所述测量数据以及所述预设收发点的位置参数，确定所述隧道的三维成果图像；根据所述三维成果图像，确定所述隧道的地质预报内容。
[0007]该专利主要有以下几点技术缺陷：1、该专利采用单一的隧道超前地质预报方法，对隧道超前地质预报准确性提高不大；2、该专利主要采用专家进行解释，对专家经验依赖性较高。
[0008]又如CN114296147A，公开日2022年4月8日的中国专利技术专利公开了一种公路隧道综合超前预报方法，方法包括：以下步骤：（1）采用瞬变电磁仪法对公路隧道目标体进行探测，获得相应的地质数据A；（2）对所述目标体采用地质雷达进行测试，获得相应的地质数据B；（3）对所述目标体进行超前钻探及管道内窥镜，获得相应的地质数据C；（4）将所述地质数据A、所述地质数据B、所述地质数据C进行分析，即得所述目标体的真实地质情况。本专利技术通过地质雷达、超前钻探和瞬变电磁仪法三种探测方法，进行综合分析，即可得出准确可靠的隧道地质情况，实现提前预防、提前处理，不但提高了施工的效率，而且降低了施工的安全风险，保证了施工的安全。
[0009]该专利主要有以下几点技术缺陷：1、瞬变电磁法采用二维成图，无法对对不良地质体进行量化分析，且存在准确性低下问题；2、另外地质雷达仍然采用传统的二维地质雷达，无法对不良地质体进行量化分析，且存在准确性低下问题；3、该方法主要采用专家进行解释，对专家经验依赖性较高。

技术实现思路

[0010]为了至少克服现有技术中的上述不足，本申请的目的在于提供基于非同源数据隧道超前地质预报综合探测方法及系统。
[0011]第一个方面，本申请实施例公开了基于非同源数据隧道超前地质预报综合探测方法，包括：采用瞬变电磁仪对隧道目标体进行数据采集获取第一原始数据，并对所述第一原始数据进行处理形成拟三维瞬变电磁数据；采用地质雷达对所述隧道目标体进行数据采集获取第二原始数据，并对所述第二原始数据进行处理形成三维地质雷达成果数据；采用三维地震反射仪进行数据采集获取第三原始数据，并对所述第三原始数据进行处理形成三维地震反射成果数据；将所述拟三维瞬变电磁数据、所述三维地质雷达成果数据和所述三维地震反射成果数据输入D
‑
S证据理论模型中获取隧道超前地质预报综合探测异常图。
[0012]本申请实施例实施时，为了克服现有技术中的问题，采用了一种多维度进行评估的方案对隧道目标体进行评估，其中第一原始数据是一种瞬变数据，第二原始数据是雷达波反射成像的数据，第三数据是地震波反射形成的数据，将这三者通过D
‑
S证据理论模型，可以有效的获取多个维度的隧道目标体的评价，同时可以将上述三种数据有机的进行数据融合，提供全方位且客观的隧道目标体评价方案。
[0013]在一个具体的实现方式中，采用瞬变电磁仪对隧道目标体进行数据采集获取第一原始数据包括：在所述隧道目标体上设置垂直于隧道掌子面的多个扫描剖面，每个扫描剖面设置多个角度间隔为10
°
~20
°
的测点；通过移动发射接收线圈，形成匹配于所述扫描剖面数量的实测剖面，完成第一原
始数据采集。
[0014]在一个具体的实现方式中，对所述第一原始数据进行处理，形成拟三维瞬变电磁数据包括：对所述第一原始数据采用基于组合约束的反演算法进行反演处理；所述反演算法采用视电阻率和视深度转换的结果构建的初始模型和参考约束模型。
[0015]在一个具体的实现方式中，所述反演算法的总体目标函数为：式中，为数据拟合项，表征观测数据与正演数据的理论数据之间的数据误差，为参考约束模型的约束项，为垂直及横向模型粗糙度约束项，λ为整体的模型正则化参数，为控制参考模型粗糙度约束项权重的权重因子，为控制垂直及横向模型粗糙度约束项权重的权重因子。
[0016]在一个具体的实现方式中，根据下式计算：式中，为观测数据向量，m为待反演的未知模型参数向量，为提供理论数据的正演模拟函数，为的对角矩阵；根据下式计算：根据下式计算：为电导率，T为厚度，为层状模型的层数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于非同源数据隧道超前地质预报综合探测方法，其特征在于，包括：采用瞬变电磁仪对隧道目标体进行数据采集获取第一原始数据，并对所述第一原始数据进行处理形成拟三维瞬变电磁数据；采用地质雷达对所述隧道目标体进行数据采集获取第二原始数据，并对所述第二原始数据进行处理形成三维地质雷达成果数据；采用三维地震反射仪进行数据采集获取第三原始数据，并对所述第三原始数据进行处理形成三维地震反射成果数据；将所述拟三维瞬变电磁数据、所述三维地质雷达成果数据和所述三维地震反射成果数据输入D
‑
S证据理论模型中获取隧道超前地质预报综合探测异常图。2.根据权利要求1所述的基于非同源数据隧道超前地质预报综合探测方法，其特征在于，采用瞬变电磁仪对隧道目标体进行数据采集获取第一原始数据包括：在所述隧道目标体上设置垂直于隧道掌子面的多个扫描剖面，每个扫描剖面设置多个角度间隔为10
°
~20
°
的测点；通过移动发射接收线圈，形成匹配于所述扫描剖面数量的实测剖面，完成第一原始数据采集。3.根据权利要求1所述的基于非同源数据隧道超前地质预报综合探测方法，其特征在于，对所述第一原始数据进行处理，形成拟三维瞬变电磁数据包括：对所述第一原始数据采用基于组合约束的反演算法进行反演处理；所述反演算法采用视电阻率和视深度转换的结果构建的初始模型和参考约束模型。4.根据权利要求3所述的基于非同源数据隧道超前地质预报综合探测方法，其特征在于，所述反演算法的总体目标函数为：式中，为数据拟合项，表征观测数据与正演数据的理论数据之间的数据误差，为参考约束模型的约束项，为垂直及横向模型粗糙度约束项，λ为整体的模型正则化参数，为控制参考模型粗糙度约束项权重的权重因子，为控制垂直及横向模型粗糙度约束项权重的权重因子。5.根据权利要求4所述的基于非同源数据隧道超前地质预报综合探测方法，其特征在于，根据下式计算：式中，为观测数据向量，m为待反演的未知模型参数向量，为提供理论数据的正演模拟函数，为的对角矩阵；根据下式计算：
为电导率，T为厚度，为层状模型的层数，上标ref表示参考模型对应的模型参数，上标refunc为参考模型参数的标准差，为的对焦函数，为未知模型参数的个数，且；其中，根据下式计算：式中，L为的...

【专利技术属性】
技术研发人员：许洋，罗威，钟汶均，王向鹏，王堃鹏，刘亚鹏，蓝星，陈先洁，路润琪，王森茂，
申请(专利权)人：成都理工大学中国安能集团第三工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：